Порівняння впливу різних методів модифікації на механічні властивості базальтових волокон
1. Вплив модифікації силановою зв'язуючою речовиною на механічні властивості
Силанові зв'язуючі агенти (наприклад, KH-550 та KH-570) утворюють реактивне покриття на поверхні базальтових волокон завдяки Хімічна зв'язування, яке покращує міжфазний зв'язок між волокнами та підкладкою, і водночас має певний вплив на механічні властивості волокон.
Модифікований KH-550:
Переваги: утворюють хімічний зв'язок на поверхні волокна та покращують адгезію між волокном та підкладкою, не пошкоджуючи суттєво механічні властивості самого волокна.
Вплив: Дослідження показують, що після модифікації KH-550 міцність на розрив та модуль пружності базальтових волокон практично залишаються незмінними, але завдяки покращенню властивостей міжфазного зв'язку загальні механічні властивості композитного матеріалу значно покращуються.
Модифікація KH-570:
Переваги: KH-570 робить поверхню базальтових волокон шорсткою та покращує їх механічне зчеплення з матрицею.
Вплив: Хоча шорсткість поверхні може дещо знизити міцність на розтяг волокон, загальна міцність, в'язкість та довговічність композиту значно покращуються завдяки покращеним властивостям міжфазного зв'язку.
2. Вплив модифікації поверхнево-активних речовин на механічні властивості
Катіонні поверхнево-активні речовини (наприклад, CTAC) утворюють покриття на поверхні волокна переважно шляхом фізичної адсорбції, і їх головне призначення — покращити гідрофільність та диспергованість волокон.
Перевага:Модифікація поверхнево-активною речовиною майже не має хімічного ерозійного впливу на поверхню волокна, тому вона менш впливає на механічні властивості волокна.
Вплив: Міцність на розтяг та модуль пружності волокна практично не змінюються після модифікації CTAC. Модифікація головним чином покращує диспергованість та гідрофільність волокон, завдяки чому матричний матеріал рівномірно огортає волокна, тим самим опосередковано покращуючи механічні властивості композитів.
3. Вплив модифікації нанокремнеземного покриття на механічні властивості
Нанокремнеземне покриття покращує шорсткість поверхні та здатність до міжфазного зв'язку між волокнами та матрицею, утворюючи рівномірний шар наночастинок на поверхні базальтових волокон.
Перевага: Наночастинки кремнезему діють як «місток» на поверхні волокна, зміцнюючи зв'язок між волокном і матрицею.
Вплив:Покриття з наночастинок кремнезему може спричинити незначне фізичне пошкодження поверхні волокна, але його вплив на міцність волокон на розтяг невеликий (зазвичай менше 5%). Після модифікації загальні механічні властивості (наприклад, міцність на розтяг, міцність на вигин) композитного матеріалу можуть бути значно покращені, до 15%-30%.
4. Вплив модифікації рідкофазним осадженням органічного заліза на механічні властивості
Метод рідкофазного осадження органічного заліза в основному використовується для покращення біоадгезійної здатності базальтових волокон, а його покращення механічних властивостей є більш непрямим.
Перевага: Формування покриття має незначний вплив на механічні властивості волокна, і головним чином покращує функціональність волокна.
Вплив:Шар покриття може дещо збільшити жорсткість волокна, але вплив на міцність на розтяг або вигин не є суттєвим. Механічні властивості модифікованих композитів обмежені, і вони частіше використовуються в галузі захисту навколишнього середовища.
5. Вплив інших фізичних або хімічних модифікацій на механічні властивості
Фізичні методи (наприклад, термічна обробка):
Термічна обробка може змінити структуру поверхні волокна, але може спричинити термічне пошкодження самого волокна, що призведе до зниження міцності на розтяг. Відповідна термічна обробка допомагає видалити шар домішок на поверхні волокна, тим самим опосередковано покращуючи властивості міжфазного зв'язку між волокном і матрицею.
Модифікація хімічним травленням:
Хімічне травлення (наприклад, обробка кислотою) робить поверхню волокна шорсткою та посилює механічне зчеплення міжфазної поверхні. Однак травлення може послабити саме волокно, що призведе до втрати міцності на розтяг, що необхідно враховувати.
Вичерпна порівняльна таблиця
| Методи модифікації | Механічні властивості безпосередньо впливають | Покращення загальних механічних властивостей композитів | Основний механізм дії |
| Силановий зв'язуючий агент (KH-550) | Значно не постраждав | Значно підвищити | Хімічний зв'язок для покращеного міжфазного зв'язку |
| Силановий зв'язуючий агент (KH-570) | Шорсткість поверхні призводить до незначного ослаблення волокон | Значно підвищити | Покращене механічне вбудовування |
| Поверхнево-активна речовина CTAC | Значно не постраждав | Непряме просування | Покращена дисперсія та гідрофільність |
| Нанопокриття діоксидом кремнію | Незначне ослаблення міцності волокна (не більше 5%) | Значно підвищити (15%-30%) | Збільшує шорсткість та покращує міжфазну сумісність |
| Модифікація відкладення органічного заліза | Значно не постраждав | Обмежена акція | Посилене біоприкріплення |
| гаряча обробка (наприклад, металу) | Може спричинити термічне пошкодження, що призведе до втрати міцності волокна | Непряме просування | Видалення шару поверхневих домішок та покращення властивостей міжфазного зв'язку |
| Модифікація хімічним травленням | Шорсткість покращує міжфазне зчеплення, але може послабити волокна | Обмежена акція | Шорсткість поверхні для покращення механічного введення |
Висновок
- Силановий зв'язуючий агент та нанокремнеземне покриття наразі є методами модифікації, які найменше впливають на механічні властивості базальтових волокон, водночас найбільше покращуючи загальні механічні властивості композитів.
- Модифікація поверхнево-активними речовинами майже не впливає безпосередньо на механічні властивості волокон і підходить для сценаріїв, де необхідно покращити дисперсію або гідрофільність волокон.
- Хімічне травлення та термічну обробку слід використовувати з обережністю, оскільки, хоча вони можуть покращити властивості міжфазного зчеплення, вони можуть призвести до зниження механічних властивостей волокон.
- Вибір методу модифікації повинен ґрунтуватися на вимогах застосування, щоб зважити характеристики самого волокна та загальні характеристики композитного матеріалу для покращення ефекту.
